宋國偉 汽車膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計中文摘要本文主要對cumminsc300 20(CKD)發(fā)動機(jī)配套的膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計和研究，使離合器傳遞扭矩更可靠，分離軸承負(fù)荷降低，容量增大，扭轉(zhuǎn)減振效果改善，加工制造更容易，成本降低，使用壽命延長。在介紹膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)特點與工作原理的基礎(chǔ)上，討論了拉式膜片彈簧離合器與推式膜片彈簧的優(yōu)缺點，指出拉式膜片彈簧是一種很有發(fā)展前途的汽車離合器，尤其應(yīng)用商用車上。論文對拉式膜片彈簧離合器的基本參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計計算，主要包括后備系數(shù)的確定，從動盤摩擦系數(shù)的確定，摩擦片尺寸的計算和材料選擇。在此基礎(chǔ)上，對膜片彈簧，扭轉(zhuǎn)減振器等關(guān)鍵部件進(jìn)行了設(shè)計計算，論文還設(shè)計了離合器操縱機(jī)構(gòu)。在經(jīng)歷了整個設(shè)計過程以后，得到了離合器的全部數(shù)據(jù)，并且在對膜片彈簧離合器充分了解的基礎(chǔ)上，自己繪出了此配套離合器的圖紙。關(guān)鍵詞：膜片彈簧，離合器，設(shè)計，計算Abstract In this paper , a method of designing and analyzing diaphragm spring clutch matching for cumminsc300 20(CKD)engine is described , making the clutch spread the dint more dependable. And separate bearings carry lower, the capacity enlarges. With turning round to reduce to flap the result improvement and processing the manufacturing more easily, the cost lowers, prolonging the service life at the same time. The constructional features and principles of operation of diaphragm spring clutch are described .Based on that, in contrast with the push-type diaphragm spring clutch, the pull-type diaphragm spring clutch possesses many advantages .So it has a developing future in automobile clutch ,especially using in the bus. From the understanding of the function and requirement of the clutch, the conductional features are analyzing .Based on the analyses ,the selection of style, and the fixation of essential parameters (including the selection of reserve parameters, sliding friction parameters and the size and material of the friction disk. And the shock absorber, diaphragm spring and other major components of the clutch are calculated.After the whole designing process I get all the figures about the clutch, and present the drawing accordingly on the full comprehension of the diaphragm-spring clutch.Key words: diaphragm-spring, clutch, design, calculate目 錄中文摘要IAbstractII第一章 離合器功用及設(shè)計要求11.1離合器功用及概述11.2膜片彈簧離合器41.3膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)方案的選擇51.4膜片彈簧離合器基本結(jié)構(gòu)尺寸、參數(shù)的選擇91.5離合器的校核計算12第二章 膜片彈簧離合器零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算152.1膜片彈簧設(shè)計152.1.1膜片彈簧外形幾何尺寸參數(shù)152.1.2確定膜片彈簧所有的尺寸：162.2從動盤總成的設(shè)計212.2.1從動片212.2.2從動盤轂222.3壓盤和離合器蓋222.3.1壓盤的設(shè)計222.3.2離合器蓋設(shè)計242.4離合器的分離裝置252.5扭轉(zhuǎn)減振器252.5.1減振器的主要參數(shù)252.5.2減振彈簧計算26第三章 離合器操縱系統(tǒng)設(shè)計28小 結(jié)31致 謝32參考文獻(xiàn)3335宋國偉 汽車膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計第一章 離合器功用及設(shè)計要求1.1離合器概述功用離合器位于發(fā)動機(jī)和變速箱之間的飛輪殼內(nèi)，用螺釘將離合器總成固定在飛輪的后平面上，離合器的輸出軸就是變速箱的輸入軸。在汽車行駛過程中，駕駛員可根據(jù)需要踩下或松開離合器踏板，使發(fā)動機(jī)與變速箱暫時分離和逐漸接合，以切斷或傳遞發(fā)動機(jī)向變速器輸入的動力。其功用為：離合器的基本功用是：1）傳遞（離合器結(jié)合）和切斷（離合器分離）發(fā)動機(jī)傳給傳動系的動力，以保證汽車的平穩(wěn)起步和停車以及變速器的順利掛擋和摘擋；2）當(dāng)傳給離合器的轉(zhuǎn)矩超過它所能傳遞的最大摩擦轉(zhuǎn)矩時（如汽車緊急制動而未分離離合器時，發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)部分因突然減速而引起巨大慣性力矩），由于離合器主、從動部分之間產(chǎn)生滑磨，就可保護(hù)傳動系各零件以防止其過載而損壞；3）通過離合器的使用，可有效的降低傳動系中的振動和噪聲；4）在雙作用離合器尚具有能傳遞和切斷發(fā)動機(jī)傳給動力輸出軸動力的功用。離合器的基本工作原理 ：離合器的主動部分和從動部分主要是通過接觸面間的摩擦作用，或是用液體作為傳動介質(zhì)(液力偶合器)，或是用磁力傳動(電磁離合器)來傳遞轉(zhuǎn)矩，使兩者之間可以暫時分離，又可逐漸接合，在傳動過程中又允許兩部分相互轉(zhuǎn)動。 目前在汽車上廣泛采用的是用彈簧壓緊的摩擦離合器(簡稱為摩擦離合器)。 發(fā)動機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩，通過飛輪及壓盤與從動盤接觸面的摩擦作用，傳給從動盤。當(dāng)駕駛員踩下離合器踏板時，通過機(jī)件的傳遞，使壓緊彈簧帶動壓盤后移，此時從動部分與主動部分分離。離合器的種類 ：汽車離合器有摩擦式離合器、液力偶合器、電磁離合器等幾種。摩擦式離合器又分為濕式和干式兩種。 液力偶合器靠工作液(油液)傳遞轉(zhuǎn)矩，外殼與泵輪連為一體，是主動件；渦輪與泵輪相對，是從動件。當(dāng)泵輪轉(zhuǎn)速較低時，渦輪不能被帶動，主動件與從動件之間處于分離狀態(tài)；隨著泵輪轉(zhuǎn)速的提高，渦輪被帶動，主動件與從動件之間處于接合狀態(tài)。 電磁離合器靠線圈的通斷電來控制離合器的接合與分離。如在主動與從動件之間放置磁粉，則可以加強(qiáng)兩者之間的接合力，這樣的離合器稱為磁粉式電磁離合器。 目前，與手動變速器相配合的絕大多數(shù)離合器為干式摩擦式離合器，按其從動盤的數(shù)目，又分為單盤式、雙盤式和多盤式等幾種。濕式摩擦式離合器一般為多盤式的，浸在油中以便于散熱。 采用若干個螺旋彈簧作為壓緊彈簧，并將這些彈簧沿壓盤圓周分布的離合器稱為周布彈簧離合器。采用膜片彈簧作為壓緊彈簧的離合器稱為膜片彈簧離合器。 為保證離合器良好的工作性能，離合器的設(shè)計應(yīng)滿足以下基本要求：1）行駛條件下既能可靠地傳遞發(fā)動機(jī)的最大扭矩，并有適當(dāng)?shù)哪芰溆帜芊乐箓鲃酉颠^載；2）結(jié)合時要完全、平順、柔和，以保證汽車起步平穩(wěn)，沒有抖動和沖擊；3）分離要徹底、迅速；4）從動部分轉(zhuǎn)動慣量要盡量小，以減輕換檔時變速齒輪間的沖擊，便于換檔和減小同步器之間的磨損；5）應(yīng)設(shè)有扭轉(zhuǎn)減振阻尼裝置（扭轉(zhuǎn)減振器），使汽車傳動系在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)避免扭轉(zhuǎn)共振，且具備吸收振動能量、緩和沖擊、降低噪音的能力，對于怠速時的振動和噪音亦要引起足夠的重視；6）具有良好的通風(fēng)散熱條件和必要的熱容量，以保證離合器工作溫度不致過高；7）操作輕便、準(zhǔn)確，以減輕駕駛員的疲勞；8）具有足夠的強(qiáng)度和良好的動平衡，以保證其工作可靠、使用壽命長；9）離合器使用過程中，摩擦扭矩變化要小，以保證離合器工作性能穩(wěn)定；10）結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、質(zhì)量小、工藝性好、維修方便及適合大批量生產(chǎn)。摩擦離合器應(yīng)能滿足以下基本要求： (1)保證能傳遞發(fā)動機(jī)發(fā)出的最大轉(zhuǎn)矩，并且還有一定的傳遞轉(zhuǎn)矩余力。 (2)能作到分離時，徹底分離，接合時柔和，并具有良好的散熱能力。 (3)從動部分的轉(zhuǎn)動慣量盡量小一些。這樣，在分離離合器換檔時，與變速器輸入軸相連部分的轉(zhuǎn)速就比較容易變化，從而減輕齒輪間沖擊。 (4)具有緩和轉(zhuǎn)動方向沖擊，衰減該方向振動的能力，且噪音小。 (5)壓盤壓力和摩擦片的摩擦系數(shù)變化小，工作穩(wěn)定。 (6)操縱省力，維修保養(yǎng)方便。 1.2膜片彈簧離合器膜片彈簧離合器是用膜片彈簧代替了一般螺旋彈簧及分離杠桿機(jī)構(gòu)而做成的離合器，因為它布置在中央，所以也可算中央彈簧離合器，在離合器中采用膜片彈簧做壓簧有很多優(yōu)點。首先，膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使零件數(shù)目減少，重量減輕；其次，離合器結(jié)構(gòu)大大簡化并顯著地縮短了離合器的軸向尺寸；再者，膜片彈簧具有良好的非線性特性，設(shè)計合適，可是摩擦片磨損到極限，壓緊力仍能維持很少改變，且可減輕分離離合器時的踏板力，使操縱輕便。其工作特性見圖1-2。此外，膜片彈簧的安裝位置對離合器的旋轉(zhuǎn)軸線是完全對稱的，因此，它的壓緊力不會受離心力的影響，很適于高速旋轉(zhuǎn)。由于膜片彈簧離合器有上述一系列優(yōu)點。并且制造彈簧的工藝水平在不斷提高，因而這種離合器在汽車上用得越來越廣。膜片彈簧離合器，按其分離軸承運動的方向可分為推式和拉式兩種。拉式結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。它和推式離合器的結(jié)構(gòu)區(qū)別如下：膜片彈簧安裝時和推式相反，膜片彈簧的小端向里凹（推式向外凸）。拉式膜片彈簧離合器的膜片彈簧是在最外端外側(cè)與離合器蓋接觸，接觸處只有1個支承環(huán)（推式需要兩個），拉式膜片彈簧與壓盤凸臺的接觸處相對靠里（推式靠外）。圖1-2 膜片彈簧的工作特性推式和拉式膜片彈簧優(yōu)缺點比較如表1-1。表1-1 推式和拉式膜片彈簧優(yōu)缺點 項目類型離合器蓋變形分離軸承膜片彈簧外徑彈簧應(yīng)力加緊載荷支承環(huán)數(shù)設(shè)計負(fù)荷安裝推式大簡單大容易相對小相對大相對小2拉式小復(fù)雜小較難相對大相對小相對大11.3膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)方案的選擇根據(jù)車型的類別，使用要求與發(fā)動機(jī)的匹配要求，制造條件以及標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化要求等合理的選擇離合器總成的結(jié)構(gòu)和有關(guān)組件的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)分述如下：1、從動盤數(shù)的選擇：汽車離合器大多是盤形摩擦離合器，按其從動盤的數(shù)目可分為單片、雙片多片三類。對轎車和輕型、微型貨車而言，發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩一般不大，在布置尺寸允許的條件下，離合器通常只設(shè)有一片從動盤。單片離合器結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，散熱良好，調(diào)整維修方便，從動部分轉(zhuǎn)動慣量小，在使用時能保證分離徹底、接合平順。雙片離合器與單片離合器相比，由于摩擦面數(shù)增加一倍，因而傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較大；在傳遞相同轉(zhuǎn)矩的情況下，徑向尺寸較小，踏板力較小，另外接合較為平順。但中間壓盤通風(fēng)散熱不良，兩片起步負(fù)載不均，因而容易燒壞摩擦片，分離也不夠徹底。設(shè)計時在結(jié)構(gòu)上必須采取相應(yīng)的措施。這種結(jié)構(gòu)一般用在傳遞轉(zhuǎn)矩較大且徑向尺寸受到限制的場合。多片離合器多為濕式，它有分離不徹底、軸向尺寸和質(zhì)量大等缺點，以往主要用于行星齒輪變速器換擋機(jī)構(gòu)中。但它具有接合平順柔和、摩擦表面溫度較低、磨損較小、使用壽命長等優(yōu)點，主要應(yīng)用于重型牽引車和自卸車上。由于設(shè)計的課題是cumminsc300 20(CKD)發(fā)動機(jī)客車離合器的設(shè)計，根據(jù)整體設(shè)計中選擇的發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為1125 ,選擇單片干式摩擦離合器。2、壓緊彈簧和布置形式的選擇1)壓緊彈簧的結(jié)構(gòu)型式選擇壓緊彈簧選為膜片彈簧，這為設(shè)計要求。膜片彈簧離合器中的膜片彈簧是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的碟形彈簧，主要由彈簧部分和分離指組成，它與其他形式的離合器相比具有如下一系列優(yōu)點：膜片彈簧具有較理想的非線性特性如圖1-2所示，彈簧壓力在摩擦片允許磨損范圍內(nèi)基本不便（從安裝時工作點B變化到A點），因而離合器在工作中能保持傳遞的轉(zhuǎn)矩大致不變；對于圓柱螺旋彈簧，其壓力大大下降（從B點變化到A點）。離合器分離時，彈簧壓力有所下降（從B點變化到C點），從而降低了踏板力；對于圓柱螺旋彈簧，壓力則大大增加（從B點變化到C點）。圖1膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量小。由于膜片彈簧大端面環(huán)形與壓盤接觸，故其壓力分布均勻，摩擦片磨損均勻，可提高使用壽命。易于實現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命較長。平衡性好。有利于大批生產(chǎn)，降低制造成本。2)膜片彈簧的操縱方式的選擇采用拉式機(jī)構(gòu)。與推式相比較，拉式膜片彈簧的性能更優(yōu)越，它具有下列優(yōu)點：結(jié)構(gòu)更簡化 拉式膜片彈簧離合器由于取消了中間支撐各零件，并只有一個（或不用）支撐環(huán)，因此結(jié)構(gòu)更簡單、緊湊，零件數(shù)目更少，重量更輕。轉(zhuǎn)矩容量更大 由于拉式膜片彈簧是以中下部而不是大端（推式）與壓盤相壓，因此，在同樣壓盤尺寸可采用直徑較大的膜片彈簧，從而提高了壓緊力和轉(zhuǎn)矩容量，而并不增大分離操縱力，用于在傳遞相同轉(zhuǎn)矩時，可采用尺寸較小的拉式代替推式離合器（如引進(jìn)的依維珂輕型貨車新產(chǎn)品中，以235拉式代替原用的266推式膜片彈簧離合器）。 分離效率更高 在接合或分離狀態(tài)下，離合器蓋的變形量小，剛度大，故分離效率更高。踏板操縱更輕便 拉式的杠桿比大于推式杠桿比，且中間支撐環(huán)少，減少了摩擦損失，傳動效率更高，使踏板操縱更輕便。拉式踏板力比推式一般約可減少25%30%。操縱時的沖擊和噪聲小 推式在接合狀態(tài)和分離狀態(tài)時，膜片彈簧是分別與后支撐環(huán)和前支撐環(huán)相接觸。因此，由于支撐環(huán)磨損后所形成的軸向間隙，在分離操縱時就會產(chǎn)生沖擊和噪聲，并增大了分離空行程，影響分離效率。而拉式無論在分離狀態(tài)還是接合狀態(tài)，膜片彈簧大端與離合器支撐環(huán)始終保持接觸，即使在支撐環(huán)磨損后也不會產(chǎn)生沖擊和噪聲。使用壽命更長。3、膜片彈簧支撐型式的選擇單支撐環(huán)支撐型式。將膜片彈簧的大端支撐在離合器蓋中的支撐環(huán)上，采用這種結(jié)可以減小離合器蓋的加工工藝的復(fù)雜程度，易于實現(xiàn)大批量的生產(chǎn)單支撐環(huán)支撐型式。4、壓盤的驅(qū)動方式的選擇壓盤與飛輪的連接方式采用彈性傳動片式。彈性傳動片由彈簧鋼帶沖壓制成，其一端鉚接在離合器蓋上，另一端用螺釘固定在壓盤上，采用四組沿圓周做切向布置以改善傳動片的受力狀況，之所以選用這種形式不僅是消除了傳統(tǒng)的連接方式如凸塊窗口式、傳力銷式、鍵式之間的連接間隙所產(chǎn)生的噪音和沖擊，還簡化了結(jié)構(gòu)并降低了對裝配的精度的要求且有利于壓盤的定中。5、分離軸承類型的選擇自動調(diào)心式分離裝置。分離軸承主要承受軸向力，在分離離合器時由于分離軸承旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力形成其徑向力。采用自動調(diào)心式分離軸承裝置，當(dāng)膜片彈簧旋轉(zhuǎn)軸線與軸承不同心時，分離軸承便會徑向浮動到與其同心的位置，以保證分離軸承能均勻壓緊各分離指舌間部，這樣可減小噪音和振動，減小分離指和分離軸承之間的磨損，使軸承不會出現(xiàn)過熱而造成潤滑脂的流失分解，另外分離軸承由傳統(tǒng)的外圈轉(zhuǎn)動改為內(nèi)圈轉(zhuǎn)動，在離心力的作用下，潤滑脂在內(nèi)外圈的循環(huán)得到改善，延長了軸承的壽命。1.4膜片彈簧離合器基本結(jié)構(gòu)尺寸、參數(shù)的選擇本次設(shè)計的離合器配套車輛的有關(guān)參數(shù)型式輸入扭矩N.m 標(biāo)準(zhǔn)傳動比1檔2檔3檔4檔5檔6檔倒檔直接檔115069840627418913110643發(fā)動機(jī)型號： Cummins C300 20（CKD） 發(fā)動機(jī)形式： 六缸水冷直噴增壓中冷最大功率(kw/rpm)： 221/2200 最大扭矩（N.m/rpm）： 1125/13001400發(fā)動機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)： 歐標(biāo)準(zhǔn)輪胎：11R22.5-16PR 無內(nèi)胎輪胎最高車速：120KM/h發(fā)動機(jī)的功率，轉(zhuǎn)矩和用途決定離合器摩擦片的尺寸?？捎靡韵鹿?jīng)Q定汽車離合器摩擦片的尺寸：（1-1） Nemax為發(fā)動機(jī)額定功率，B為摩擦片單位面積傳遞的功率，A為摩擦片總面積。由汽車工程手冊查得B=0.00104帶入得A=2120cm2,單面面積A=1060cm2。按照我國摩擦片尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)最終選用以下尺寸。摩擦片的尺寸為：外徑D0=430mm;內(nèi)徑d0=230mm;厚度h=4mm;內(nèi)外徑比c=0.535;單面摩擦面積（1-2）2、后備系數(shù)的確定后備系數(shù)是摩擦離合器設(shè)計的主要參數(shù)，它反映了離合器在傳遞發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Te時的可靠程度。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：TC/Temax式中離合器的后備系數(shù)，1;Temax發(fā)動機(jī)最大扭矩，N.m。在選擇離合器的后備系數(shù)時應(yīng)全面考慮兩方面情況：一方面要考慮到離合器在使用過程中由于工作溫度升高、摩擦面的磨損和油污、壓緊彈簧壓緊力的降低等原因，都可能使摩擦離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力降低，因此為了保證在任何工況下都能可靠地傳遞發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩或標(biāo)定轉(zhuǎn)矩，并減少摩擦面的滑磨功，不宜選擇太?。旱硪环矫孢€要考慮到為了能防止傳動系的過載、使離合器結(jié)構(gòu)尺寸和重量不致過大，并使離合器操縱輕便等方面，又不宜選擇太大。后備系數(shù)的選擇應(yīng)綜合考慮下列因素：1. 汽車的類型和使用條件如轎車的發(fā)動機(jī)后備功率大，使用條件好，可選擇較小值。2. 發(fā)動機(jī)類型采用柴油機(jī)時由于它的工作比較粗暴，轉(zhuǎn)矩較不平穩(wěn)，因此選取的值比汽油機(jī)大些。發(fā)動機(jī)缸數(shù)愈多，則轉(zhuǎn)矩波動愈平穩(wěn)，值也可較小。3. 離合器機(jī)構(gòu)型式采用膜片彈簧離合器時由于摩擦片磨損后壓緊力仍可保持較穩(wěn)定，因此可選取比螺旋彈簧離合器小的值。雙片式離合器的值大于單片式。雙作用離合器中副離合器的值小于主離合器。后備系數(shù)的最后精確值要等離合器各零件設(shè)計完成后才能確定。因為是進(jìn)行的cumminsc300 20(CKD)發(fā)動機(jī)長途客車離合器的設(shè)計，所以在的選擇上，根據(jù)經(jīng)驗，后備系數(shù)一般取=1.52.25，由于長途客車路況較好，不需頻繁起步，又本次設(shè)計采用拉式膜片彈簧離合器，所以可選較小些，初選=1.5。3、滑動摩擦系數(shù)f的選擇摩擦副的滑動摩擦系數(shù)f與摩擦材料的品種質(zhì)量、工作溫度、相對滑磨速度和摩擦面上的單位壓力等因素有關(guān)，設(shè)計時主要根據(jù)摩擦副材料與摩擦面潤滑狀態(tài)選取，設(shè)計采用粉末冶金材料，選用f=0.250.5,f=0.3。4、摩擦合力作用半徑的計算（1-3）一般可取等于平均半徑計算，即5、摩擦面數(shù)目Z的選擇：單片式Z = 2 6、單位壓力 本車采用粉末冶金材料，取0.5Mpa。7、壓盤施加在摩擦面上的工作壓力（1-4）（1-5）8、離合器靜摩擦力矩1.5離合器的校核計算校核計算可按每單位摩擦面積上的壓力、滑動摩擦轉(zhuǎn)矩、發(fā)動機(jī)功率和車輛總質(zhì)量進(jìn)行驗算1)按單位面積滑動摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行驗算（1-6） 是一個重要指標(biāo)，它反映了離合器傳遞轉(zhuǎn)矩并保護(hù)過載的能力，它與車輛類型、發(fā)動機(jī)類型、離合器型式與規(guī)格等因素有關(guān)。在我國的汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 2592中規(guī)定：當(dāng)摩擦片的表面溫度為250 時汽車離合器的許用單位面積摩擦轉(zhuǎn)矩，根據(jù)膜片彈簧與碟形彈簧離合器的設(shè)計與制造（林世裕 主編）中的表15-4選取，并且不小于常溫時的70%。（1-7）滿足設(shè)計要求。2）按單位壓力p的驗算許用單位壓力p與摩擦材料品種質(zhì)量、摩擦片尺寸、離合器的工作條件（決定于車輛類型）、后備系數(shù)等因素有關(guān)。通常主要根據(jù)摩擦材料由文獻(xiàn)1中表10-4選取。當(dāng)摩擦片尺寸愈大（即D0愈大），則外緣圓周速度D大，滑磨時發(fā)熱嚴(yán)重，而且因零件尺寸大，零件的溫度梯度也大，使零件受熱不均勻，因此許用單位壓力p應(yīng)隨摩擦片D0的增大而適當(dāng)降低，對于石棉基摩擦材料可按文獻(xiàn)1中圖10-9選取。當(dāng)離合器使用頻繁、工作條件比較惡劣時（如拖拉機(jī)與礦用自卸汽車），宜選用較低的值，轎車取P=0.180.30MPa，貨車取0.140.24MPa，拖拉機(jī)取0.100.25MPa。本設(shè)計的適用于商用車，因此取0.24MPa。（1-8）滿足設(shè)計要求。3）按單位面積發(fā)動機(jī)功率進(jìn)行驗算（1-9）許用單位面積發(fā)動機(jī)功率查文獻(xiàn)1中表10-7所得到0.205 Kw/cm2， 221kW為發(fā)動機(jī)的最大功率。（1-10）滿足設(shè)計要求。4）按單位面積車輛的總質(zhì)量驗算（1-11）許用單位面積車輛總質(zhì)量=7.114.3kg/cm2查文獻(xiàn)1中表10-8得到。（1-12）滿足設(shè)計要求。5）最大圓周速度（1-13）滿足設(shè)計要求。6）滑磨功的校核為了減少汽車起步過程中離合器的滑磨，防止磨擦片表面溫度過高而發(fā)生燒傷，每一次接合的單位磨擦面積滑磨功應(yīng)小于其許用值，即（1-14）w單位磨擦面積滑磨功（J/mm2）；許用值（J/mm2）,對于總質(zhì)量大于6噸的商用車，該值取0.25；W汽車起步時離合器接合一次所產(chǎn)生的總滑磨功（J）。（1-15）可根據(jù)下式計算。汽車總質(zhì)量（kg）； 輪胎滾動半徑（m）；為汽車起步時所用變速器檔位的傳動比；主減速器傳動比；發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）,計算時商用車取1500r/min。 則符合設(shè)計要求。第二章 膜片彈簧離合器零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算2.1膜片彈簧設(shè)計本車選用發(fā)動機(jī)，額定功率221KW/2200r/min. ,最大扭矩1125Nm/13001400r/min.膜片彈簧的材料應(yīng)具有高的彈性極限和屈服極限，高的靜力強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度，材料的屈強(qiáng)比應(yīng)盡量高（使屈服極限接近強(qiáng)度極限），才能儲存較大的彈性能。還要求在高于屈服極限時，有足夠大的塑性變形能，以便于冷沖壓成形。本設(shè)計中選用的材料是60Si2MnA號硅錳鋼（，熱處理后硬度為HRC4252）。2.1.1膜片彈簧外形幾何尺寸參數(shù)（1）H/h比值的選擇： 設(shè)計膜片彈簧時，要利用其非線性的彈性變形規(guī)律，因此要正確選擇其特性曲線的形狀，以獲得最佳的使用性能。一般汽車的膜片彈簧的H/h值在如下范圍之內(nèi)：H/h=1.52.0。本設(shè)計中選H/h=1.6。（2）R及R/r的確定： 比值R/r對膜片彈簧的載荷及應(yīng)力特性都有影響。對于汽車離合器膜片彈簧，設(shè)計上并不要求儲存大量的彈性能，而是根據(jù)結(jié)構(gòu)布置與分離力的需要來決定，一般R/r取值為1.21.3。本設(shè)計中取R/r=1.25對于R，膜片彈簧大端外徑R應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)上的要求而和摩擦片的外徑尺寸相適應(yīng)，大于摩擦片內(nèi)徑，近于摩擦片外徑。此外，當(dāng)H/h及R/r等不變時，增加R將有利于膜片彈簧應(yīng)力的下降。（3）膜片彈簧起始圓錐底角： 汽車膜片彈簧一般起始底角在1014之間，H/（R-r）。本設(shè)計中初選=12。（4）膜片彈簧小端半徑及分離軸承作用半徑： 值主要由結(jié)構(gòu)決定，其最小值應(yīng)大于變速器第一軸花鍵的外徑以便安裝。分離軸承作用半徑大于 。本設(shè)計中=55.7mm ， =57mm 。（5）分離指數(shù)目n、切槽寬1、窗孔槽寬2：汽車離合器膜片彈簧的分離指數(shù)目n12,一般在18左右，采用偶數(shù)，便于制造時模具分度；切槽寬1約為4 mm ；窗孔槽寬2（2.54.5）1。本設(shè)計中n=18；14mm ；。2.1.2確定膜片彈簧所有的尺寸：根據(jù)上述的選擇方案，確定離合器膜片彈簧的基本尺寸參數(shù)：H=8mm，h=5mm，R=195mm，r=155.5mm，l=158.5mm，L=192.5mm ，=55.7mm，=57mm。n=18，1=4mm，2 =14mm，其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1 離合器膜片彈簧結(jié)構(gòu)1.根據(jù)公式畫出P11特性曲線設(shè)（2-1） （2-2） （2-3）則公式 式中，彈性模數(shù)，鋼材料??；泊松比，鋼材料取；彈簧厚度，毫米；碟簧部分內(nèi)截錐高，毫米；大端變形，毫米；碟簧部分外半徑（大端半徑），毫米；碟簧部分內(nèi)半徑，毫米；膜片彈簧與壓盤接觸半徑，毫米；支承環(huán)平均半徑，毫米。則（2-1）就成為（2-4）把有關(guān)數(shù)據(jù)代入上述各式，得由不同的，計算出的及P1和1 ，結(jié)果如表2-1所示。表2-1 離合器膜片彈簧載荷變形特性1/mmP1/N10.10.0730.54168.420.20.13417651.730.40.22212562.440.60.28315988.650.80.30417130.661.00.299517073.571.20.283616159.981.30.2646.515074.991.40.247714104.2101.60.211812048.5畫出11特性曲線，如圖2-1所示。圖2-1 膜片彈簧的彈性特性2、確定膜片彈簧的工作點位置取離合器接合時膜片彈簧的大端變形量為mm,由彈性曲線圖可查得膜片彈簧的壓緊力：校核后備系數(shù)：（2-5）離合器徹底分離時，默片彈簧大端的變形量為（2-6）（f即為1f ）壓盤的行程f為，故離合器剛開始分離時，壓盤的行程，此時膜片彈簧大端的變形量為（2-7）摩擦片磨損后，其最大磨損量，則雙面為故（2-8）3.求離合器徹底分離時分離軸承作用的載荷由公式（2-1），取則得（2-9）代入有關(guān)數(shù)值，得P2=5289.28磨損后結(jié)合點的工作壓緊力P2=16902N4.求分離軸承的行程2因為是拉式，公式為（2-10）由公式（2.1.2），取，則由公式（2-11）（2-12）上式中大端變形，mm； 支秤環(huán)平均半徑，mm； 膜片彈簧與壓盤接觸半徑，mm；分離軸承作用半徑，mm；分離軸承作用力，kg； 分離指前部最寬處半徑，mm； 碟簧部分內(nèi)半徑，mm；分離指前部的寬度系數(shù)；分離指根部的寬度系數(shù)；分離指前部的切槽寬度，mm；分離指根部的切槽寬度，mm； 膜片彈簧分離爪的數(shù)目； 膜片彈簧小端內(nèi)半徑,mm。代入有關(guān)數(shù)值解得5由公式（2-13）代入有關(guān)數(shù)值解得故5.強(qiáng)度校核由公式 （2-14）代入數(shù)據(jù)解得而膜片彈簧大端的最大變形（離合器徹底分離時）， （2-15） 代入數(shù)據(jù)并解得2.2從動盤總成的設(shè)計2.2.1從動片從動片設(shè)計的要求：（1）設(shè)計從動片時，要盡量減輕其重量，并應(yīng)使其質(zhì)量的分布盡可能地靠近旋轉(zhuǎn)中心，以獲得最小的轉(zhuǎn)動慣量。由于慣性力的大小與從動盤的轉(zhuǎn)動慣量成正比，因此為了減小轉(zhuǎn)動慣量以減輕變速器換檔時的沖擊，從動片一般都做得比較薄，通常是用1.32.0mm 厚的鋼板沖制而成。本設(shè)計中厚度為2mm 。（2）為了使離合器接合平順，保證汽車平穩(wěn)起步，單片離合器的從動片一般都做成具有軸向彈性的結(jié)構(gòu)。這樣，在離合器的接合過程中，主動盤和從動盤之間的壓力是逐漸增加的。從動盤軸向彈性的結(jié)構(gòu)形式分為：(1)具有整體彈性從動片的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于貨車和輪式拖拉機(jī)；(2)具有分開式彈性從動片的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于中高級 轎車和大中型輪式拖拉機(jī)；(3)具有組合式彈性從動片的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于重型貨車。本設(shè)計中選用組合式彈性從動片，這種結(jié)構(gòu)中，靠壓盤一側(cè)的從動片上鉚有波形彈簧片，摩擦片用鉚釘鉚在波形彈簧片上；而靠近飛輪一側(cè)無波形彈簧片，摩擦片直接鉚在從動片上。這種組合式從動片的轉(zhuǎn)動慣量比較大。2.2.2從動盤轂花鍵尺寸的選擇和計算從動盤轂裝在變速箱一軸前端花鍵上，一般都采用齒側(cè)對中的矩形花鍵，花鍵軸與孔之間采用動配合，以便在離合器離合過程中組成滑動摩擦副。花鍵尺寸可根據(jù)摩擦片外徑Do 與發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Memax 從專業(yè)手冊上選取。從動盤轂軸向長度不宜過小，以免它在花鍵軸上滑動時產(chǎn)生偏斜而使分離不徹底。一般取其軸向長度尺寸與花鍵外徑D 相同，在嚴(yán)重工況下甚至可達(dá)（1.21.4）D?；ㄦI部分的強(qiáng)度驗算主要是進(jìn)行花鍵側(cè)表面的擠壓應(yīng)力計算，一般可取許用擠壓應(yīng)力c =20Mpa2.3壓盤和離合器蓋2.3.1壓盤的設(shè)計壓盤的設(shè)計包括傳力方式的選擇和幾何尺寸的確定兩個方面。(1) 壓盤傳力方式的選擇壓盤是離合器的主動部分，在傳遞發(fā)動機(jī)的扭矩時，它和飛輪一起帶動從動盤轉(zhuǎn)動，所以它必須和飛輪連接在一起，但這種連接允許壓盤在離合器分離過程中能自由地做軸向移動，常見的連接方式有以下幾種。凸塊窗孔式、銷釘式、鍵塊式和傳動片式。 但前三種傳力方式有一個共同的缺點，即連接件之間有間隙。這樣，在傳動時，將產(chǎn)生沖擊和噪音。隨著接觸部分的磨損的增加，間隙加大，引起更大的沖擊和噪聲，有可能使凸臺根部出現(xiàn)裂紋而造成零件的早期損壞。另外，在離合器分離時，由于零件之間有磨損，將降低離合器操縱部分的傳動效率。為了消除上述缺點，采用傳動片式。由彈簧鋼帶制成的傳動片的一端鉚在離合器蓋上，另一端用螺釘固定在壓盤上。為了改善傳動片的受力狀況，它一般都是沿圓周切向布置。這種傳動片的連接方式還簡化了壓盤的結(jié)構(gòu)，降低了對裝配精度的要求，并且還有利于壓盤的定中。壓盤的結(jié)構(gòu)形狀除與傳力方式有關(guān)外，還與壓緊方式和分離方式有關(guān)，在采用沿周向分布的圓柱螺旋彈簧作壓緊彈簧時，壓盤上應(yīng)鑄有圓柱形凸臺作為彈簧的導(dǎo)向座，而在采用膜片彈簧和中央彈簧時，則在壓盤上鑄有一圈凸起以供支承膜片彈簧或彈性桿之用。(2) 壓盤幾何尺寸的確定在確定磨擦片內(nèi)外徑尺寸后，與磨擦片相接合的壓盤內(nèi)外徑也就基本上確定下來了。這樣，壓盤幾何尺寸最后歸結(jié)為如何去確定它的厚度。壓盤厚度的確定主要依據(jù)以下兩點：(1)壓盤應(yīng)該有足夠的質(zhì)量在離合器的接合過程中，由于滑磨功的存在，每接合一次都要產(chǎn)生大量的熱，而每次接合的時間又短（大約3秒左右），因此熱量根本來不及全部傳到周圍的空氣中去，這樣必然導(dǎo)致磨擦副的溫升。在使用頻繁和困難條件下工作的離合器，這種溫升就更嚴(yán)重。它不僅會引起磨擦片磨擦系數(shù)的下降，磨損加劇，嚴(yán)重時甚至?xí)鹉ゲ疗蛪罕P的損壞。為了使每次接合時的溫升不致過高，故要求壓盤具有足夠大的質(zhì)量以吸收熱量。(2)壓盤應(yīng)具有較大的剛度壓盤應(yīng)具有較大的剛度，以報證在受熱的情況下不致產(chǎn)生翹曲變形，而影響離合器的徹底分離和磨擦片的均勻壓緊。壓盤設(shè)計時，在初步確定壓盤厚度后，應(yīng)校核離合器接合一次的溫升。它不應(yīng)該超過810。若溫升過高，可適當(dāng)增加壓盤的厚度。本設(shè)計中壓盤的厚度取25mm。校核計算公式如下：（2-16）式中，溫升，；滑磨功，；分配到壓盤上的滑磨功所占的百分比：單片離合器壓盤，=0.50；雙片離合器壓盤，=0.25；雙片離合器中間壓盤，=0.50；壓盤的比熱容，對鑄鐵壓盤，；壓盤質(zhì)量，kg。代入有關(guān)數(shù)值解得2.3.2離合器蓋設(shè)計1、離合器蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計離合器蓋分為壓緊彈簧，離合器蓋，壓盤，從動片，分離杠桿裝置及支承環(huán)等。離合器蓋與飛輪固定在一起，通過它傳遞發(fā)動機(jī)的部分扭矩。此外它還是離合器壓緊彈簧和分離桿的支承殼體。在設(shè)計時應(yīng)特別注意以下幾個問題：(1)剛度問題為了減輕重量和增加剛度，離合器蓋常用厚度約為35毫米的低碳鋼板（如08鋼板）沖壓成帶加強(qiáng)筋和卷邊的復(fù)雜形狀。(2)通風(fēng)散熱問題為了加強(qiáng)離合器的冷卻，離合器蓋上必須開許多通風(fēng)窗口。(3)對中問題離合器蓋內(nèi)裝有壓盤、分離桿、壓緊彈簧等零件，因此它相對于飛輪軸線必須有良好的對中，否則會破壞離合器的平蘅，嚴(yán)重影響離合器的正常工作。對中方式常用的有以下兩種：第一、是用止口對中，如離合器蓋以外圓與飛輪上的內(nèi)圓止口對中。第二、是用定位銷或定位螺栓對中，如由鋼板沖壓的離合器蓋上有六個定位螺栓孔在初鉆至一定尺寸后與壓盤等零件組裝起來，然后再以壓盤內(nèi)徑定位，將六孔加工到所要求的尺寸。2.4離合器的分離裝置離合器的分離裝置包括分離桿、分離軸承和分離套筒。2.5扭轉(zhuǎn)減振器扭轉(zhuǎn)減振器主要由彈性元件和阻尼元件等組成。彈性元件的主要作用是降低傳動系的首端扭轉(zhuǎn)剛度，從而降低傳動系扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的某階固有模型，使得盡可能避開由發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量激勵所引起的共振；阻尼元件的主要作用是有效的耗散振動的能量。 2.5.1減振器的主要參數(shù)1、極限轉(zhuǎn)矩（2-17） 商用車取1.5則 （2-18） 2、扭轉(zhuǎn)剛度（2-19）3、阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩Nm（2-20）4、預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn=(0.050.15)Temax=0.1Temax=112.5 Nm2.5.2減振彈簧計算1、減振彈簧的分布半徑：的尺寸應(yīng)盡可能大一些，一般取（2-21）式中d為離合器摩擦片內(nèi)徑。代入數(shù)據(jù)解得：2、減振彈簧個數(shù)Z根據(jù)摩擦片的外徑的，取 Z=123、減振彈簧總壓力（2-22）代入數(shù)據(jù)解得=19853N（2-23）4、單個減振彈簧的工作負(fù)荷代入數(shù)據(jù)解得=1654.4N5、減振彈簧尺寸1）彈簧中徑Dc ：一般由結(jié)構(gòu)布置來決定，設(shè)計中取14mm 。2）彈簧鋼絲直徑：（2-24）式中，扭轉(zhuǎn)需用應(yīng)力可取550740MPa 。選用旋繞比C為3.1，K為曲度系數(shù)，K=（4C-1）/（4C-4）+0.615/C，得K=1.55 。代入數(shù)據(jù)解得d=3.14mm，取3.2mm，符合要求。3）減振彈簧剛度k：（2-25）其中K=253.02N/mm4）減振彈簧總?cè)?shù)n ：一般在6圈左右，設(shè)計中取5 。總?cè)?shù)n 和有效圈數(shù)間的關(guān)系為（2-26）則。5）減振彈簧最小高度：指減振彈簧在最大工作負(fù)荷下所產(chǎn)生的最大工作長度，考慮到此時彈簧的壓縮各圈之間仍需留一定的間隙，可確定為（2-27）Lmin=1.01dn=17.6mm6）減振彈簧的總變形量：指減振彈簧在最大工作負(fù)荷下所產(chǎn)生的最大壓縮變形，為（2-28）=7)減振彈簧自由高度：（2-29）=+Lmin=24.2mm6、從動片相對從動盤轂的最大轉(zhuǎn)角（2-30）為減振彈簧工作變形量。代入數(shù)據(jù)計算得=3.7通常在312。第三章 離合器操縱系統(tǒng)設(shè)計(一)、離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計要求離合器的操縱比較頻繁，除自動離合器外，離合器都是由司機(jī)左腳踩踏板操縱。為減輕司機(jī)的疲勞，要求踏板力盡可能地小，轎車在80130N 左右，載貨汽車不應(yīng)超過150200N；踏板總行程也不宜過大，一般應(yīng)在80150mm 范圍內(nèi)，最大應(yīng)不超過180mm。應(yīng)具有踏板自由行程的調(diào)整裝置以便在離合器摩擦片磨損后用來調(diào)整和恢復(fù)分離軸承與分離杠桿間的正常間隙量；還應(yīng)有踏板行程限位裝置以防止操縱機(jī)構(gòu)的零件受過大載荷而損壞。此外，操縱機(jī)構(gòu)的傳動效率要高，具有足夠的剛度，不會因發(fā)動機(jī)的振動以及車架和駕駛室的變形而干涉其正常工作，工作可靠、壽命高，維修保養(yǎng)簡易、方便等。(二)、離合器操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式選擇：常用的操縱機(jī)構(gòu)主要有機(jī)械式和液壓式等。1機(jī)械式操縱機(jī)構(gòu)有桿系傳動和鋼索傳動兩種型式。桿系傳動結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠，廣泛用于各種類型的汽車上。但質(zhì)量及摩擦損耗都較大；傳動效率低。當(dāng)離合器需遠(yuǎn)距離操縱時，則桿系的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、布置困難，踏板的自由行程將加大，剛度及可靠性也會變差。鋼索傳動壽命較短，傳動效率也不高，僅用于某些輕型轎車中。2液壓式操縱機(jī)構(gòu)液壓式操縱機(jī)構(gòu)由吊掛式離合器踏板、總泵(主缸)、分泵(工作缸)、管路系統(tǒng)、回位彈簧等組成。具有摩擦阻力小，傳動效率高，質(zhì)量小，布置方便，接合柔和(有助于降低猛接離合器時傳動系的動載荷)，便于采用吊掛式踏板使該處地板易于密封，車架或車身的變形以及發(fā)動機(jī)的振動不會影響其工作，系統(tǒng)剛度好有助于減小踏板自由行程，也便于遠(yuǎn)距離操縱及采用可翻傾式駕駛室等優(yōu)點。